5.7.5.1　西南水电工程水工隧洞突涌水类型及特征分析

综上所述，枢纽区隧洞群型水工隧洞突涌水类型主要为基岩裂隙突涌水，这是由水电工程选址决定的。岩体裂隙的发育展布受气候特征、构造运动、水动力条件等多因素控制，地下裂隙发育情况较难把握。因此，枢纽区水工隧洞虽属小断面短距离地下工程，对其突涌水的防范也不可掉以轻心。

对于长距离型水工隧洞，其穿越地层距离更长，可能遭遇的不良地质条件更多，因此，该类型突涌水类型多样化。据统计，傍河长距离型水工隧洞突涌水类型主要有裂隙突涌水、复杂构造破碎带突涌水和岩溶突涌水。

5.7.5.2　水工隧洞突涌水的涌水量预测与防治措施

1.隧道突涌水量预测

目前国内铁道部门对隧道突涌水量计算进行了较深入的研究，总结了多种计算方法，但各种方法都有其适用范围，均存在一定局限性。由于补给条件的差异，边界条件的不一致，同时在隧道突涌水量预测的计算过程中，是在对隧道围岩的结构及地质情况作了较大简化的基础上进行的，与隧道开挖后的实际情况会产生一定出入，不仅利用不同的计算方法进行计算结果会产生差异，而且计算结果会与实际产生较大的偏差，因此定量评价隧道突涌水灾害仍需进一步的研究。

（1）水均衡法。包括降水入渗法、地下径流深度法和地下径流模数法。这三种水均衡法均适用于岩溶地区。两者相比较，对于埋深深度较浅的越岭隧道，降雨入渗法计算结果较理想。而对于地表存在一个或者多个地表体地区的越岭隧道，地下径流模数法和地下径流深度法较降雨入渗法更适宜。

（2）地下水动力法。以地下水动力学理论为基础，再根据工程经验推导出适用于隧道突涌水量预测的经验公式。其中适用于正常突涌水量计算的包括裘布依理论式、佐藤帮明经验式、落合敏郎公式和科斯嘉科夫法；适用于最大突涌水量计算的为古德曼经验式、佐藤帮明非稳定流式和大岛洋志公式。我国通过对铁路隧道的工作经验总结，推导出适用于正常突涌水量计算和最大突涌水量的铁路勘测规范经验公式，计算同时在《铁路工程水文地质勘察规范》（TB 10049—2004）中对计算突涌水量方法进行总结。

（3）水文地质比拟法。当开展隧道工程初期勘察时，在水文地质条件相似的地区，可采用水文地质比拟法对隧道突涌水量进行预测。该种方法的精度主要取决于两条隧道之间或隧道已开挖段与未开挖段水文地质条件的相似程度或一致性。但对于地质条件和水文地质条件复杂的区域，要找到可以用于比拟的相似隧道相对比较困难。

（4）水文地质数值法。常见的水文地质数值法有：有限差分法和有限单元法等。有限差分法一般采用方格形剖分单元并采用差分代替微分方程，通过求解节点上的差分方程，获得近似解，而有限单元法对求解区域通常是采用三角形单元剖分，用卡辽金法或变分原理或最小位能原理求解，并描述疏干流场单元节点上的近似值。有限差分法通常利用Mod Flow系列软件进行模拟计算。

（5）其他方法。目前不少学者从隧道突涌水的随机性、非线性等特征出发，将随机数学方法和非线性理论方法应用其中。随机数学方法主要是在随机数学理论基础上，选取影响隧道涌突水灾害的主要因素，或先进行关联度分析，再根据各因素对突涌水灾害的影响程度进行加权分析，最后进行突涌水量预测。非线性理论方法，目前该种方法的应用并不多，常见的非线性理论法有神经元网络专家系统和系统辨识法。

同时，同位素理论也应用于突涌水量预测之中，当隧道通过潜水含水体且有给水度或裂隙率时，利用放射性元素氖，根据地下水的流向，向地下水投放氖，通过采取对较短距离内的水样并对其进行氖含量的测定，利用测定结果计算出两个水样之间氖运动的时间差，从而根据公式计算出地下水的运动速度，从而推算出研究区涌水量，适用于越岭隧道和傍山隧道。

但到目前为止，隧道涌水量预测大多仍使用地下水动力学法，地下水动力学法适用隧道无限边界、渗透性能具有均质各向同性的含水介质，且地下水为稳定流状态，然而在隧道穿越地区的地质条件复杂的时候，如穿越具有各向异性特性的岩溶含水介质，或具有复杂的地质构造，如断层、节理、裂隙等等，地下水动力学法需要对其适用条件进行延伸。(www.daowen.com)

2.水工隧洞突涌水的防治措施

隧洞突涌水防治措施较多，其中预防措施主要有超前地质预报（地质、物探、超前钻探、超前导坑和工程类比等）、确定性和随机性数学模型、数值模拟等。

治理措施主要有引水隧洞穿暗河段处理、排水、堵水。

堵水技术主要有超前高压灌浆、深孔预注浆方式、超前围岩预注浆堵水、超前迂回导洞预注浆、掌子面预注浆方式、洼地构造破碎带地表垂直注浆、冻结法、压气法等。排水措施分为自然排水和强制排水两种，其中自然排水包括导坑排水及钻孔排水等，强制排水包括井点排水及深井降水等。

将水工隧洞突涌水防治措施适用条件、优点和局限性等列于表5.28。据表5.28可知，各种防治措施和方法优缺点各异，适用条件差异明显。发生突涌水的水工隧洞地质条件越复杂、突涌水量越大、突涌水范围越大、机具设备能力越高，其经济成本就越高。综合分析隧洞工程的防治措施，建议水工隧洞突涌水的防治遵循以下技术流程：

（1）从水文地质学角度出发，分析地下水补给、径流、存储和水压力等信息，进而掌握隧洞所在区域的地下水系统特征；从含水系统和流动系统两方面整体分析，解析突涌水发生的可能性及因素。

（2）基于地下水系统理论采用发展优化的具有针对性的数学和数值模型，定量化分析突涌水。

（3）根据以上分析计算结果，采用先进的超前地质预报技术对点核实。

（4）确定水工隧洞周围的地质条件，并对水工隧洞突涌水进行评价，应根据当前各种条件下综合选择合适的防治措施处理突涌水。

综上，水工隧洞突涌水防治的最终目标是：在遵循地下水自然发展规律的基础上使得隧洞突涌水量计算精准，选用和优化的防治措施精准，实施的工程经济生态。

表5.28　水工隧洞突涌水防治措施总结